[发明专利]一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法

权利要求书

1.一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，其特征在于，所述基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法通过建立数值模型说明剪胀角对隧道掌子面的显著影响；利用数值模拟验证三维破坏机制的合理性并进一步确定非关联对隧道掌子面稳定性的影响；采用现有方法验证本文所提出机制。

2.如权利要求1所述的基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，其特征在于，所述基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法包括以下步骤：

步骤一，开展数值模拟，验证剪胀角的影响；

步骤二，基于数值模拟结果，提出理论模型，并与数值模拟结果对比，验证理论模型的合理性，进一步分析非关联法则对盾构隧道开挖面稳定性的影响；

步骤三，将所提出模型与现有方法对比，对比分析所得到的破坏区域和极限支护力σ_T的值。

3.如权利要求2所述的基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，其特征在于，步骤一中，所述开展数值模拟，验证剪胀角的影响包括：

(1)建立数值模型，通过有限差分软件FLAC3D建立数值模型，用于确定非关联流动规则在粘性摩擦土中的影响；土体的特征在于摩尔-库仑屈服准则，土壤参数如下：单位重量γ为20kN/m³，弹性体积模量为20MPa，泊松比ν为0.35；地面上的载荷为零，横向边界上法向位移、底部法向位移和水平位移的边界条件是固定的；

(2)分析剪胀角的影响，当剪胀角为5°时，破坏面积较大，破坏带的轮廓近似于截断椭球形状；随着剪胀角增加到25°，破坏区的面积变小，破坏区的形状变成椭圆形。

4.如权利要求2所述的基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，其特征在于，步骤二中，所述基于数值模拟结果，提出理论模型包括：土材料的破坏准则采用莫尔库仑准则，岩土材料遵守相关的流动规则；岩土材料通常服从非关联流动定律，剪胀系数由下式定义：

其中，剪胀系数η的取值范围为0～1；当η＝1时，表明土体服从相关的流动规律；鉴于土体通常服从非关联流动规则，通过修改基于极限分析方法解决土体稳定性问题，修改公式如下：

其中，c^*和分别表示修正的内聚力和修正的摩擦角；

基于多块破坏机制和三维3D数值模拟，使用依赖于五个角度参数α、β₁、β₂、β₃和β₄的新型三维改进破坏机制确定剪胀系数对掌子面稳定性的影响；设置直径为D，覆盖深度为C，支护压力和地表荷载分别用σ_T与σ_S五个截锥体和截断椭球体或椭球体引起的分布力组成。